用于在电镀期间流动隔离和聚焦的方法和装置制造方法及图纸

本文描述的各种实施方案涉及用于将材料电镀到半导体衬底上的方法和装置。在某些情况下，可以设置一个或多个膜与离子阻性元件接触，以使电镀过程中电解液从横流歧管向后流过离子阻性元件并进入离子阻性元件歧管的程度最小化。在一些实施方案中，可以将膜设计成以期望的方式引导电解液。在这些或其他情况下，可在离子阻性元件歧管中提供一个或多个折流板，以减少电解液流回通过离子阻性元件并流过离子阻性元件歧管内的电镀池而绕过横流歧管的程度。这些技术可用于改善电镀结果的均匀性。性。性。

【技术实现步骤摘要】
用于在电镀期间流动隔离和聚焦的方法和装置
本申请是国际申请日为2018年08月20日，PCT申请号为PCT/US2018/000362，申请人为“朗姆研究公司”的PCT申请的进入中国国家阶段的专利技术专利申请(国家申请号为201880054244.4，专利技术名称为“用于在电镀期间流动隔离和聚焦的方法和装置”)的分案申请。相关申请的交叉引用
[0001]本申请要求于2017年8月21日提交的并且名称为“METHODS AND APPARTUS FOR FLOW ISOLATION AND FOCUSING DURING ELECTROPLATING,”的美国专利申请序列No.62/548,116的利益，并且还要求于2018年8月10日提交的并且名称为“METHODS AND APPARTUS FOR FLOW ISOLATION AND FOCUSING DURING ELECTROPLATING,”的美国专利申请No.16/101,291的权益，在此通过引用将其全部内容并出于所有目的并入本文。


[0002]本文的实施方案涉及用于将材料电镀到衬底上的方法和装置。衬底通常是半导体衬底，并且材料通常是金属。

技术介绍

[0003]本专利技术的实施方式涉及用于在电镀期间控制电解液流体动力学的方法和装置。更具体地，在本专利技术中描述的方法和装置对于在半导体晶片衬底上镀敷金属特别有用，例如，具有小于例如约50μm的宽度的小的微凸起特征(例如，铜、镍、锡和锡合金焊料)以及铜穿硅通孔(TSV)特征的贯穿抗蚀剂镀敷(through resist plating)。
[0004]电化学沉积现在正准备满足对复杂的封装和多芯片互连技术的商业需求，公知的复杂的封装和多芯片互连技术通常并通俗地称为晶片级封装(WLP)以及穿硅通孔(TSV)电气连接技术。部分由于通常较大的特征尺寸(相比于前端制程(FEOL)互连)和高深宽比，这些技术提出对它们自身的非常显著的挑战。
[0005]根据封装特征的类型和应用(例如，通过芯片连接TSV，互连再分配布线，或芯片到板或芯片焊接，例如倒装芯片柱)，在目前的技术中的经镀敷的特征通常大于约2μm，并且在典型地其主要尺寸为约5
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100μm(例如，铜柱可以是约50μm)。对于诸如电源总线之类的一些芯片上结构，待镀特征可以大于100μm。WLP特征的高宽比通常为约1：1(高度比宽度)或更低，但是其范围可能高达2:1左右，而TSV结构可具有非常高的深宽比(例如，在约20：1附近)。

技术实现思路

[0006]本文的某些实施方案涉及用于电镀衬底的方法和装置。衬底是基本上平坦的，并且可以是半导体衬底。
[0007]在本文的实施方案的一个方面中，提供了一种电镀装置，该电镀装置包括：(a)电镀室，其被配置为在将金属电镀到衬底上时容纳电解液和阳极，所述衬底基本上是平坦的；
(b)衬底保持器，其被配置成支撑所述衬底，使得在镀敷期间将所述衬底的镀敷面浸入所述电解液中并与所述阳极分离；(c)离子阻性元件，其适于在电镀期间提供通过所述离子阻性元件的离子传输，其中所述离子阻性元件是包括多个通孔的板；(d)横流歧管，当所述衬底存在于所述衬底保持器中时，所述横流歧管定位于所述离子阻性元件上方且在所述衬底的所述镀敷面下方；并且(e)与所述离子阻性元件物理接触的膜，其中所述膜适于在电镀期间提供通过所述膜的离子传输，并且其中所述膜适于减少电镀期间穿过所述离子阻性元件的电解液的流动。
[0008]在各个实施方案中，膜是平坦的，并且定位于平行于离子阻性元件的平面内。在某些情况下，膜覆盖离子阻性元件中的多个通孔的全部。在另一些情况下，膜包括一个或多个切口区域，使得膜仅覆盖离子阻性元件中的多个通孔中的一些通孔。在一个示例中，膜包括位于离子阻性元件的中心附近的第一切口区域。在这些或其他实施方案中，膜可包括第二切口区域，该第二切口区域位于横流歧管的侧入口附近。在某些实现方式中，切口区域在方位角上是不均匀的。在一个示例中，切口区域在侧入口和离子阻性元件的中心之间延伸。
[0009]在一些实施方案中，膜位于离子阻性元件下方。在其他实施方案中，膜位于离子阻性元件上方。在一个特定的实施方案中，膜位于离子阻性元件下方，而第二膜位于离子阻性元件上方，与离子阻性元件接触。
[0010]在某些实现方式中，该装置还包括膜框架，该膜框架配置成使膜定位成与离子阻性元件物理接触。在特定示例中，膜位于离子阻性元件上方，膜框架位于膜上方，并且膜框架包括第一组肋，所述第一组肋是线性的并且彼此平行，并且沿与横流歧管内横向流动的电解液的方向垂直的方向延伸。在一些这样的情况下，膜框架还包括第二组肋，其沿垂直于第一组肋的方向延伸。膜框架是其中具有多个开口的板。开口可以是圆形的。开口也可以是另一种形状(例如，卵形、多边形等)。在一些示例中，膜框架是环形的。环形膜框架可在其外围(或其一部分)支撑膜。
[0011]在公开的实施方案的另一方面，提供了一种电镀装置，该装置包括：(a)电镀室，其被配置为在将金属电镀到衬底上时容纳电解液和阳极，所述衬底基本上是平坦的；(b)衬底保持器，其被配置成支撑所述衬底，使得在镀敷期间将所述衬底的镀敷面浸入所述电解液中并与所述阳极分离；(c)离子阻性元件，其适于在电镀期间提供通过所述离子阻性元件的离子传输，其中所述离子阻性元件是包括多个通孔的板；(d)横流歧管，当所述衬底存在于所述衬底保持器中时，所述横流歧管定位于所述离子阻性元件上方且在所述衬底的所述镀敷面下方；(e)用于将电解液引入横流歧管的侧入口；(f)用于接收在横流歧管中流动的电解液的侧出口，其中侧入口和侧出口在电镀期间位于衬底的镀敷面上在方位角上相对的周边位置附近，并且其中侧入口和侧出口适于在电镀过程中在横流歧管中产生横流电解液；(g)定位于离子阻性元件下方的阳极室膜框架；以及(h)定位于离子阻性元件下方和阳极室膜框架上方的离子阻性元件歧管，其中离子阻性元件歧管包括多个折流板区域，所述多个折流板区域通过位于离子阻性元件下方的竖直定位的折流板彼此部分地隔开，其中每个折流板从离子阻性元件附近的第一区域延伸到阳极室膜框架附近的第二区域，其中折流板不与阳极室膜框架物理接触，并且其中在电镀过程中电解液从(i)多个电解液源区域行进通过离子阻性元件，进入横流歧管，并且流出侧出口；(ii)从侧入口行进通过横流歧管，并且流出侧出口，以及(iii)在折流板下方从一个折流板区域行进到另一个折流板区域。
[0012]在公开的实施方案的另一方面，提供一种电镀装置，该电镀装置包括：(a)电镀室，其被配置为在将金属电镀到衬底上时容纳电解液和阳极，所述衬底基本上是平坦的；(b)衬底保持器，其被配置成支撑所述衬底，使得在镀敷期间将所述衬底的镀敷面浸入所述电解液中并与所述阳极分离；(c)离子阻性元件，其适于在电镀期间提供通过所述离子阻性元件的离子传输，其中所述离子阻性元件是包括多个通孔的板；(d)横流歧管，当所述衬底存在于所述衬底保持器中时，所述横流歧管定位于所述离子阻性元件上本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种电镀装置，其包括：(a)电镀室，其被配置为在将金属电镀到衬底上时容纳电解液和阳极，所述衬底基本上是平坦的；(b)衬底保持器，其被配置成支撑所述衬底，使得在镀敷期间将所述衬底的镀敷面浸入所述电解液中并与所述阳极分离；(c)离子阻性元件，其适于在电镀期间提供通过所述离子阻性元件的离子传输，其中所述离子阻性元件是包括多个通孔的板；(d)横流歧管，当所述衬底存在于所述衬底保持器中时，所述横流歧管定位于所述离子阻性元件上方且在所述衬底的所述镀敷面下方；(e)位于所述离子阻性元件下方的阳极室膜框架，所述阳极室膜框架被配置成与阳极室膜配合；并且(f)离子阻性元件歧管，其在所述阳极室膜存在时，定位于所述离子阻性元件下方和所述阳极室膜上方，其中，所述离子阻性元件歧管包括多个折流板区域，所述折流板区域至少部分地通过竖直定位的折流板彼此隔开，其中每个折流板从靠近所述离子阻性元件的第一区域延伸到靠近所述阳极室膜的第二区域；其中所述装置还包括横流歧管中的侧入口和侧出口，其中所述侧入口和所述侧出口适于在电镀过程中在所述横流歧管中产生横向流动电解液。2.根据权利要求1所述的电镀装置，其还包括与所述阳极室膜框架接触的所述阳极室膜，其中所述阳极室膜在电镀期间将所述阳极与所述衬...

【专利技术属性】
技术研发人员：斯蒂芬，
申请(专利权)人：朗姆研究公司，
类型：发明
国别省市：